(57)【要約】【課題】  小型化に適した量産性の高い反応器および小型化に適した量産性の高い反応器を用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】  第１の部材には、複数の第１の凸部が設けられている。第２の部材には、複数の第２の凸部が設けられている。第１の部材と第２の部材が組み合わされた際、第１の凸部との間に第２の凸部の少なくとも一部が挿入される。【選択図】  図２
2006181495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
第２の凸部を有する第２の部材とを備え、
前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、
前記第１の凸部および前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた触媒と、
流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、
流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、
を有することを特徴とする反応器。
【請求項２】
複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
第２の凸部を有する第２の部材とを備え、
前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、
前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、
前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、
流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、
流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、
を有することを特徴とする反応器。
【請求項３】
複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、
複数の第２の凸部を有する第２の部材と、
前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、
流体を内部に供給するための供給口と、
流体を外部へ取り出すための排出口と、
を有する反応器であって、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間が、前記第２の凸部と前記第２の凸部との間と連通することを特徴とする反応器。
【請求項４】
前記第１の触媒は、供給口より供給された流体の化学反応を促進させるための触媒で、
前記第２の触媒は、前記第１の触媒により促進された流体の化学反応によって生成された生成物の化学反応を促進させるための触媒で、あることを特徴とする請求項２に記載の反応器。
【請求項５】
前記流体が供給口から排出口に流れる際、前記流体が前記第１の触媒と前記第２の触媒とへ交互に接触可能となるように、前記第１の凸部と前記第２の凸部が組み合わされていることを特徴とする請求項４に記載の反応器。
【請求項６】
前記第１の触媒は、供給口より供給された流体の化学反応を促進させるための触媒で、
前記第２の触媒は、前記第１の触媒により促進された流体の化学反応によって生成された生成物の化学反応を促進させるための触媒で、あることを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項７】
前記第１の凸部と、前記第２の凸部とが、異なる方向に突出していることを特徴とする請求項３または請求項６に記載の反応器。
【請求項８】
反応器と、
前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
第２の凸部を有する第２の部材とを備え、
前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、
前記第１の凸部および前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた触媒と、
流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、
流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
反応器と、
前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
第２の凸部を有する第２の部材とを備え、
前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、
前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、
前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、
流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、
流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
反応器と、
前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、
前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、
複数の第２の凸部を有する第２の部材と、
前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、
流体を内部に供給するための供給口と、
流体を外部へ取り出すための排出口と、を備え、
前記第１の凸部と前記第１の凸部との間が、前記第２の凸部と前記第２の凸部との間と連通することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に触媒が設けられ、化学反応を促進させるための反応器、およびこの反応器によって改質された水素を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内部に反応流路が設けられた小型の反応器の開発が活発化している。小型の反応器は単に小型であるが故に例えば携帯情報機器等の小型の機器に用いることができるだけでなく、特許文献１の段落［０００６］に記載された次のようなメリットがある。
【０００３】
（１）反応流路における反応容積が小さくなるので、表面積／体積比効果が顕著となり、触媒反応時の伝熱特性が向上して反応効率が改善するという利点がある。
【０００４】
（２）混合物質を構成する反応分子の拡散混合時間が短くなるので、反応流路内における触媒反応の進行速度（反応速度）が向上するという利点がある。
【０００５】
（３）反応流路を含む構成を複数層積層することにより、スケールアップ（装置規模の大型化や流体物質の生成能力の向上）に対する煩雑な反応工学的な検討が不要となるという利点がある。
【０００６】
従来の反応器は、特許文献１に記載された通り、シリコン等の微小基板とガラス基板等の閉止基板とからなる。微小基板には特許文献１の段落［００３１］に記載されたように、一面側にフォトエッチング技術等を用いて任意の溝形状にエッチングされた溝が設けられている。この溝の内壁面にＣＶＤ等により銅−亜鉛系の触媒が付着形成されている。閉止基板は微小基板の溝が設けられた一面に対向して接合される。これにより内部に触媒が設けられた反応流路が形成される。
【０００７】
また、従来の反応器は、特許文献２に記載された通り、粒状の触媒を反応器内部の空間に充填する。これにより、隣接する粒状の触媒との間隙、すなわち内部に触媒が設けられた反応流路が形成される。この粒状の触媒は、例えば特許文献３に記載されているように、ボール状のアルミナ等に対し、貴金属等を付与する製造工程によって製造される。
【特許文献１】特開２００３−８８７５４公報  段落０００６および段落００３１
【特許文献２】特開平６−２６０１８９号公報  図２および図４
【特許文献３】特開平２−４４４８号公報  ３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、従来の反応器は量産性が低く、実験設備や研究設備などコストより性能が優先される用途には適しているが、民生機器として大量生産をすることができない。
【０００９】
従来の反応器は、特許文献１の段落［００３１］に記載の通りシリコン等の一面側にフォトエッチング等の技術を用いて反応流路を形成している。しかし、一般的なシリコンに一般的なフォトエッチング技術を用いて反応流路を形成する場合、下記の様な問題点がある。一般的なシリコンのフォトエッチング技術の一つにＲＩＥ等のドライエッチング法がある。ドライエッチング法のエッチング速度は１．５〜４．０μｍ／ｍｉｎ程度と非常に遅いため反応流路の形成に多大な時間がかかってしまう。
【００１０】
一方、一般的なシリコンのフォトエッチング技術には前記のドライエッチング法の他に、弗酸等を用いたウェットエッチング法を用いることが考えられる。ウェットエッチング法はドライエッチング法に比べエッチング速度は早いものの、反応流路の幅方向のエッチング速度と深さ方向のエッチング速度がほぼ同一（等方性エッチング）なので、ドライエッチング法の様に高いアスペクト比（すなわち流路高さ／流路幅）の反応流路を形成することができない。すなわち、ウェットエッチング法を用いた場合、量産性は改善されるものの、本来有している反応器の性能を犠牲にしてしまう。
【００１１】
また、従来の反応器の反応流路を一般的な機械加工にて形成することも考えられる。この場合、ウェットエッチング法と異なり高いアスペクト比の反応流路を形成することができるが、反応流路の加工は例えばエンドミルの刃の回転部分のみが切削される狭い面での加工であり、ドライエッチング法と同様に高いアスペクト比の反応流路を形成するためには多大な時間がかかってしまう。
【００１２】
また、特許文献２の従来の反応器は、反応流路が複雑に交わったり屈曲したりするため圧力損失が大きく、内部に流体を流すためには大きな圧力をかけなければならず、大型のポンプ等の併設を余儀なくされ、小型化が困難である。また、反応流路の長さや形状が不安定なので、反応器を設計する際に考慮するＳＶ値（単位時間当たりの反応器の処理量を反応が行われる流路の体積で除した値である空間速度）の予測が困難で、目的とする反応器の許容処理量に大きなマージンを設けなければならない。従って、反応器の小型化が困難となってしまう。
【００１３】
さらに、特許文献２の従来の反応器は、触媒に特許文献３に示すようにアルミナ等の熱伝達率の低い物質の部分が多い触媒を使用した場合、反応に必要な熱を外部より供給する際または反応で生じた熱を外部へ排出する際、流体と反応器の熱抵抗を低下させるために、フィン等の熱交換を促進させるための部分を別途設ける必要があり、反応器は大型化、複雑化してしまう。
【００１４】
本発明は、このような事情を鑑みてされたもので、小型化に適した量産性の高い反応器および小型化に適した量産性の高い反応器を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、第２の凸部を有する第２の部材とを備え、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、前記第１の凸部および前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた触媒と、流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、第２の凸部を有する第２の部材とを備え、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明の反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、複数の第２の凸部を有する第２の部材と、前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、流体を内部に供給するための供給口と、流体を外部へ取り出すための排出口と、を有する反応器であって、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間が、前記第２の凸部と前記第２の凸部との間と連通することを特徴とする。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、反応器と、前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、第２の凸部を有する第２の部材とを備え、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、前記第１の凸部および前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた触媒と、流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、反応器と、前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、第２の凸部を有する第２の部材とを備え、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間に前記第２の凸部の少なくとも一部が挿入されるように、前記第１の部材と前記第２の部材を組み合わせてなる反応器であって、前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、流体を前記反応器の内部に供給するための供給口と、流体を前記反応器の外部へ取り出すための排出口と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、反応器と、前記反応器を利用して得られた改質ガスを用いて発電するための燃料電池本体と、を有する燃料電池システムにおいて、前記反応器は、複数の第１の凸部を有する第１の部材と、前記第１の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第１の触媒と、複数の第２の凸部を有する第２の部材と、前記第２の凸部の少なくとも一部の表面に設けられた第２の触媒と、流体を内部に供給するための供給口と、流体を外部へ取り出すための排出口と、を備え、前記第１の凸部と前記第１の凸部との間が、前記第２の凸部と前記第２の凸部との間と連通することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、小型化に適した量産性の高い反応器および小型化に適した量産性の高い反応器を用いた燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による反応器を用いた燃料電池システムのブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態による反応器の模式的な分解斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態による反応器に用いるマイクロチャネルの部品図および組立図である。
【００２４】
燃料タンク１０１には、燃料電池の燃料、例えばジメチルエーテル（ＤＭＥ）と水の混合流体やメタノールと水の混合流体が貯蔵されている。燃料タンク１０１には、例えば着脱可能な圧力容器を用いることができる。
【００２５】
改質器１０２は、燃料タンクから送られた燃料が、水素を含む気体（改質ガス）へと改質する改質反応を促進する。ここで、燃料とは液体状態の燃料の他に、気化された気体状態のものも含む。改質器１０２の筐体内部には、後述する反応器１００が少なくとも１つ以上設けられている。燃料電池システムの効率を向上させるために、改質器１０２の筐体には断熱容器を用いることが好ましい。断熱容器には、例えば筐体内部に断熱材が設けられた筐体や、真空断熱層を有する筐体などを用いることができる。
【００２６】
また、改質器１０２は、後述するスタック（燃料電池本体）１０３から排出されるオフガスに含まれる発電に用いられなかった水素が、水へと燃焼する燃焼反応を促進する。この燃焼反応にて生じる熱は、改質反応にて吸熱される熱を補うために利用される。この燃焼反応により、改質反応の反応温度を、例えば効率的に改質反応が促進される３５０±５０℃に制御することができる。なお、反応温度は改質反応が促進される反応器１００の表面の温度を測定することで、近似的に測定することができる。
【００２７】
スタック１０３は、改質器１０２にて得られる改質ガスを用いて発電する。スタック１０３には、アノード極（図示せず）、プロトン導電性半透膜（図示せず）、カソード極（図示せず）を有する燃料電池セルが設けられている。改質ガスをアノード極、空気をカソード極へ供給することにより、スタック１０３は発電する。
【００２８】
次に、反応器１００の詳細について説明する。
【００２９】
マイクロチャネル（第１の部材）１には、複数の凸部（第１の凸部）２が設けられている。マイクロチャネル（第２の部材）３には、複数の凸部（第２の凸部）４が設けられている。マイクロチャネル１とマイクロチャネル３が組み合わされた際、凸部２と隣接する凸部２の間に凸部４の少なくとも一部が挿入されるように、凸部２と凸部４は設けられている。すなわち、マイクロチャネル１とマイクロチャネル３が組み合わされた際、凸部２と隣接する凸部２の間を凸部４が分割するように、凸部２と凸部４は設けられている。
【００３０】
凸部２の表面の少なくとも一部には触媒、例えばＤＭＥと水との混合流体等の燃料が水素へと改質される際の、式（１）、式（２）、式（３）に示す改質反応を促進するための改質触媒、例えばγアルミナにＰｔを担持した触媒が担持されている。
【００３１】
ＣＨ３ＯＣＨ３＋Ｈ２Ｏ→２ＣＨ３ＯＨ    ・・・（１）
ＣＨ３ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ２              ・・・（２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２            ・・・（３）
上記の式（１）、式（２）、式（３）の反応が逐次的に促進され、ＤＭＥと水より、水素と二酸化炭素が生成される。式（１）、式（２）、式（３）の反応が順次適切に促進されることが理想的な状態であるが、式（３）の反応が適切に進まない場合、改質ガスに一酸化炭素が残留し、スタック１０３にダメージを与えてしまう場合がある。また、生成されたメタノールの濃度が高くなると、式（１）の反応は阻害されてしまう。また、生成された一酸化炭素の濃度が高くなると、式（２）の反応は阻害されてしまう。
【００３２】
そこで、凸部４の表面の少なくとも一部には触媒、例えばＤＭＥと水との混合流体等の燃料が水素へ改質される際に残留する一酸化炭素が水素へとシフトされる際の、式（４）に示すシフト反応を促進するためのシフト触媒が担持されている。
【００３３】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２    ・・・（４）
凸部４の表面の少なくとも一部にシフト触媒が担持されるにより、生成された一酸化炭素の濃度が減少し、式（２）の反応が促進される。そして、生成されたメタノール濃度が減少し、式（１）のが促進される。
【００３４】
ケース５には、マイクロチャネル１とマイクロチャネル３をはめ込むためのはめ込み部１０が設けられている。ケース５の内部に流路が形成されて流体が通過可能となるように、はめ込み部１０にマイクロチャネル１とマイクロチャネル３がはめ込まれている。はめ込み工程において、マイクロチャネル１、３がはめ込まれた後、後述する蓋９を設ける。必要に応じてマイクロチャネル１、３とケース５とを、またケース５と蓋９とを接合し、はめ込み部１０を封止することにより流路が形成されるように、はめ込み部１０は設けられている。
【００３５】
また、ケース５には流体、すなわち本実施の形態では燃料を反応器の内部へ供給するための供給口６が設けられている。また、ケース５には流体、すなわち本実施の形態では水素、未反応の燃料および改質反応とシフト反応の際に発生する他の生成物の混合ガス（改質ガス）を反応器の外部へ取り出すための排出口７が設けられている。
【００３６】
蓋９は、母材を加工して形成される。触媒反応時の伝熱特性を向上させるために、母材の少なくとも一部に熱伝導率の高い素材を用いることが好ましい。特にアルミニウム、銅、アルミニウム合金もしくは銅合金は、熱伝導率が高いばかりでなく、加工性も優れているため、蓋の素材として用いるのに適している。また、反応器が長期にわたって使用されることが予想される場合、熱伝導率はアルミニウム合金や銅合金ほど高くないものの、耐腐食性に優れていることからステンレス合金も好ましい。
【００３７】
マイクロチャネル１およびマイクロチャネル３の詳細について説明する。まず、マイクロチャネル１について説明する。マイクロチャネル１は母材を加工して形成される。触媒反応時の伝熱特性を向上させるために、母材の少なくとも一部に熱伝導率の高い素材を用いることが好ましい。特にアルミニウム、銅、アルミニウム合金もしくは銅合金は、熱伝導率が高いばかりでなく、加工性も優れているため、マイクロチャネル１の素材として用いるのに適している。また、反応器が長期にわたって使用されることが予想される場合、熱伝導率はアルミニウム合金や銅合金ほど高くないものの、耐腐食性に優れていることからステンレス合金も好ましい。
【００３８】
マイクロチャネル１には前述の通り、複数の凸部２が設けられている。凸部２はマイクロチャネル１の一面に複数設けられている。凸部２は、例えばマイクロチャネル１の一面に互いに略平行となるように設けられたフィン状の形状を有している。また、凸部２はマイクロチャネル１の母材を一般的な機械加工方法や、成型方法を用いて形成することが好ましい。
【００３９】
一般的な機械加工の例として、ワイヤを用いた放電加工（ワイヤカット）が挙げられる。ワイヤカットは細い金属線を工具電極とし、電極または被加工物を目的の形状に移動しながら放電加工を行なう方法である。また、ワイヤカットの他にダイヤモンド等の砥粒をレジン等にて円盤状に固めたブレードを用い、砥粒加工することも可能である。砥粒加工は、ブレードを高速回転させて被加工物上に接触させながら移動し、ブレードの軌跡の部分が砥粒によって研磨、除去されて目的の形状に加工するものである。ワイヤカットや砥粒加工は、凸部２の様な、高いアスペクト比の凸部を短時間で加工するのに非常に適している。なお、一般的な機械加工は他の加工方法と組み合わせて用いても構わない。例えば後述する鍛造加工や鋳造加工や、その他押し出し成型などの一般的な成型方法と組み合わせて用いることができる。
【００４０】
一般的な成型方法の例として、鍛造加工が挙げられる。鍛造加工は棒または塊状の金属素材に工具を用いて圧力を加え、鍛錬効果を与えて材料の機械的性質を改善すると同時に、金属素材を目的の形状に成形する加工法である。また、鍛造加工のほかに鋳造加工を用いることも可能である。鋳造加工は、目的の形状の空洞を有する型へ、溶融した金属を流し込み、冷却した後に型を除去し、目的の形状に加工するものである。鍛造や鋳造は、本実施の形態のマイクロチャネル１の様な複雑な形状の加工をするのに非常に適している。
【００４１】
凸部２の少なくとも一部の表面、例えば隣接する凸部２の間の壁面には触媒（第１の触媒）が担持されている。触媒には、例えば反応器をメタノールやＤＭＥ等を改質して水素を得るための改質器に用いる場合、気化された燃料の改質反応を促進するための触媒を用いることができる
隣接する凸部２の間の壁面に触媒を担持する担持工程について説明する。例えばマイクロチャネル１の表面がアルミニウムやアルミニウム合金である場合、隣接する凸部２の間の壁面を含むマイクロチャネル１の表面を陽極酸化処理し、この後、例えばウオッシュコート法、ゾルーゲル法、含浸法などの公知の触媒担持方法を用いて、陽極酸化された隣接する凸部２の間の壁面に触媒を担持する。また、例えばマイクロチャネル１の表面がステンレス合金である場合、マイクロチャネル１を高温で焼成し隣接する凸部２の間の壁面を含むマイクロチャネル１の表面の粗度を上げ、この後前述した公知の触媒担持方法を用いて、粗度が上げられた隣接する凸部２の間の壁面に触媒を担持する。
【００４２】
次に、マイクロチャネル３について説明する。マイクロチャネル３はマイクロチャネル１と同様に母材を加工して形成される。触媒反応時の伝熱特性を向上させるために、マイクロチャネル１と同様に母材の少なくとも一部に熱伝導率の高い素材を用いることが好ましい。
【００４３】
マイクロチャネル３には前述の通り、複数の凸部４が設けられている。マイクロチャネル１と同様に凸部４はマイクロチャネル３の一面に複数設けられている。マイクロチャネル１と同様に凸部４は、例えばマイクロチャネル３の一面に互いに略平行となるように設けられたフィン状の形状を有している。また、マイクロチャネル１と同様に凸部４はマイクロチャネル３の母材を一般的な機械加工方法や、成型方法を用いて形成することが好ましい。
【００４４】
凸部４の少なくとも一部の表面、例えば隣接する凸部４の間の壁面には触媒（第２の触媒）が担持されている。触媒には、例えば反応器をメタノールやＤＭＥ等を改質して水素を得るための改質器に用いる場合、気化された燃料を水素を含む気体へと改質する際に生じる一酸化炭素のシフト反応を促進するための触媒を用いることができる。隣接する凸部４の間の壁面に触媒を担持する担持工程は、隣接する凸部２の間の壁面に触媒を担持する担持工程と同様の工程を用いることができる。
【００４５】
ケース５の詳細について説明する。ケース５はマイクロチャネル１と同様に母材を加工して形成される。触媒反応時の伝熱特性を向上させるために、マイクロチャネル１と同様に母材の少なくとも一部に熱伝導率の高い素材を用いることが好ましい。ケース５には前述の通り、はめ込み部１０が設けられている。はめ込み部１０はケース５の母材を一般的な機械加工方法や、成型方法を用いて形成することが好ましい。
【００４６】
ケース５のはめ込み部１０には、前述の通りマイクロチャネル１とマイクロチャネル３がはめ込まれている。はめ込み部１０少なくとも一部の幅、本実施の形態では図１中に示す寸法Ｂは、マイクロチャネル１とマイクロチャネル３によって形成される流路を流れる流体の流れ方向の幅、本実施の形態では図１中に示す寸法Ａよりも大きく形成されている。そして、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３との間に形成される一方の空間に開口するように、供給口６は設けられている。また、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３との間に形成される他方の空間に開口するように、排出口７は設けられている。
【００４７】
マイクロチャネル１、マイクロチャネル３およびケース５の組立の詳細について説明する。蓋９とケース５との間を密閉するために、例えば溶接工程にて溶接することにより接合することができる。マイクロチャネル１、マイクロチャネル３に担持された触媒は、高温になり過ぎると、触媒がシンタリングしてしまう。ここで、シンタリングとは、触媒の金属粒子が融合し、いっそう大きな金属粒子となることで、露出金属表面積の減少を招き、活性サイトの減少および表面構造の変化などの現象を起こすことをいう。（触媒講座第５巻  光学編１  触媒設計  １９８５年１２月１０日発行  触媒学会編  講談社発行  参照）
担持された触媒がシンタリングしてしまうと、触媒の活性効率が低下してしまうという問題がある。そこで、蓋９とケース５とを接合する際には、担持された触媒の最高温度がシンタリングする温度未満となるような接合方法を用いることが好ましい。例えば、触媒にＰｔを含む触媒の場合、触媒の温度が５００℃以上となるとシンタリングしてしまう。そこで、蓋９とケース５の接合部のみが加熱されるレーザー溶接や超音波溶着を用いることが好ましい。
【００４８】
さらに、レーザー溶接や超音波溶着は、接合部のみが加熱されるが、加熱された接合部から伝達する熱によって触媒の温度が５００℃以上とならないように、レーザー溶接や超音波溶着の条件を設定することが好ましい。マイクロチャネル１、マイクロチャネル３、ケース５および蓋９にアルミニウム、例えばＡ１０５０（ＪＩＳ規格）を用いた場合、以下のような条件でレーザー溶接することができる。発明者の実験では、レーザー溶接に用いる溶接装置にＹＡＧレーザー（出力６００Ｗ、レーザー径１μｍ）装置を用いた。波高値５２０、１パルスあたり１００Ｗとし、１０パルス／秒にてレーザー溶接した場合、触媒の温度は常に５００℃未満であって溶接の被覆率が７０％と良好なレーザー溶接を行うことができた。
【００４９】
また、レーザー溶接と同様に以下のような条件で超音波溶着することができる。発明者の実験では、超音波溶接に用いる溶接装置に出力３ｋＷ、周波数２０ｋＨｚの発振器を有する装置を用いた。ホーンを３〜４ｋｇｆ／ｃｍ２の面圧で被溶接部分に押し付け、超音波の印加時間を０．６ｓｅｃとした場合、触媒の温度は常に５００℃未満であって良好な超音波溶接を行うことができた。
【００５０】
このようにしてできた反応器は、マイクロチャネル１の隣接する凸部２の間、マイクロチャネル３の隣接する凸部４の間の間隔が、反応器に形成される流路の幅に比べ２倍以上と大きい。従って、高いアスペクト比の流路を、低いアスペクト比の隣接するマイクロチャネル１の凸部２の間、隣接するマイクロチャネル３の凸部４の間で形成することができ、高い量産性を実現できる。
【００５１】
また、マイクロチャネル１、マイクロチャネル３のそれぞれに異なる触媒を担持することができる。化学反応は平衡状態まで反応が進むと、正反応と逆反応の速度が同じとなり、反応前の物質と反応後の物質の組成比に変化がなくなってしまう。例えば、式（１）の反応を進めるためには式（２）の反応を、式（２）の反応を進めるためには式（３）、式（４）の反応を促進することが好ましい。従って、例えば本実施の形態のように逐次反応が生じている場合、例えばマイクロチャネル１に担持された触媒によって促進された反応（例えば改質反応）の反応生成物（例えば一酸化炭素）を、速やかにマイクロチャネル３に担持された触媒によってさらに他の物質への反応（シフト反応）を促進させることができ、逐次反応を高い効率で促進させることができる。
【００５２】
同様に、第１段階目の反応による生成物の一部が触媒に悪影響を与える物質である場合、例えば、上述した改質反応で生じる副生成物が改質触媒を劣化させてしまう場合、生成された副生成物を速やかに第２段階目の反応によって、より悪影響が少ない物質へと転化させることができ、反応器の寿命を向上させることができる。
【００５３】
さらに、マイクロチャネル１、マイクロチャネル３に触媒を担持する際、隣接するマイクロチャネル１の凸部２の間、隣接するマイクロチャネル３の凸部４の間の間隔が広いため、バインダーを含んだ触媒スラリーによって目詰まりしてしまう可能性を大幅に低減でき、反応器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００５４】
発明者らの試験では、マイクロチャネル１の凸部２の間が１．０ｍｍ以下となると、ウオッシュコート法を用いて凸部２の表面に触媒を担持しようとした場合、凸部２の間の一部に目詰まりが生じる場合があった。そこで、製造公差等に対するマージンを考慮し、マイクロチャネル１の凸部２の間を１．５ｍｍ、凸部２の幅を０．５ｍｍ、マイクロチャネル３の凸部４の間を１．５ｍｍ、凸部４の幅を０．５ｍｍ、すなわちマイクロチャネル１とマイクロチャネル３とが組み合わされた際に形成される流路の幅が０．５ｍｍとした場合、高い歩留まりにて本発明に係る反応器を製造することができた。
【００５５】
なお、本実施の形態では図４（ａ）に示す様に、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間の幅（図４中に示す幅Ｃ）は略一定の例を示したが、図４（ｂ）に示す様に、供給口６、排出口７の近くでは幅が大きく、供給口６、排出口７から離れるに従い幅が小さくなるように形成することもできる。この様に、供給口６、排出口７の近くでは幅が大きく、供給口６、排出口７から離れるに従い幅が小さくなるように形成された場合、流体が流路を流れる際、各流路にかかる圧力のばらつきが小さくなり、より高い効率で反応を促進させることができる。
【００５６】
さらに、図４に示す様に供給口６、排出口７を流れる流体の方向と、各流路を流れる流体の方向とに角度を有する（図４では略垂直）様に形成した場合、さらに各流路にかかる圧力のばらつきが小さくなり、さらに高い効率で反応を促進させることができる。そして、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間に各流路が開口している領域（図４ではＤ部分）より外側に、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間への供給口６、排出口７の開口位置を形成した場合、さらに各流路にかかる圧力のばらつきが小さくなり、さらに高い効率で反応を促進させることができる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態による反応器の模式的な分解斜視図である。なお、第１の実施の形態と同一部分については、同一符号で示し、その説明を省略する。
【００５８】
マイクロチャネル（第１の部材）１には、複数の凸部（第１の凸部）２が設けられている。マイクロチャネル（第２の部材）３には、複数の凸部（第２の凸部）４が設けられている。
【００５９】
凸部２の表面の少なくとも一部には触媒、例えばＤＭＥと水との混合流体等の燃料が水素へと改質される際の、式（１）、式（２）、式（３）に示す改質反応を促進するための改質触媒が担持されている。凸部４の表面の少なくとも一部には触媒、例えばＤＭＥと水との混合流体等の燃料が水素へ改質される際に残留する一酸化炭素が水素へとシフトされる際の、式（４）に示すシフト反応を促進するためのシフト触媒が担持されている。
【００６０】
ケース１１には、マイクロチャネル１とマイクロチャネル３をはめ込むためのはめ込み部１０が設けられている。ケース１１の内部に流路が形成されて流体が通過可能となるように、はめ込み部１０にマイクロチャネル１とマイクロチャネル３がはめ込まれている。また、ケース５には、凸部２、凸部４に相当するフィン部１２が設けられている。フィン部１２の表面の少なくとも一部には触媒、例えば式（１）、式（２）、式（３）に示す改質反応や式（４）に示すシフト反応の際に残留する一酸化炭素がメタンへとメタン化される際の、式（５）に示すメタネーション反応を促進するためのメタネーション触媒が担持されている。メタネーション触媒には、式（５）の反応に比べ、二酸化炭素のメタネーション反応がされにくい特性を持つ選択メタネーション触媒を用いることができる。
【００６１】
ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ    ・・・（５）
また、ケース１１には、化学反応が促進される流体、すなわち本実施の形態では燃料を反応器の内部へ供給するための供給口６が設けられている。また、ケース１１には、化学反応が促進された流体、すなわち本実施の形態では水素、未反応の燃料および改質反応とシフト反応の際に発生する他の生成物の混合ガス（改質ガス）を反応器の外部へ取り出すための排出口７（図５には図示せず）が設けられている。
【００６２】
ケース１１とマイクロチャネル１、マイクロチャネル３が組み合わされた際、凸部２と隣接する凸部２の間に凸部４の少なくとも一部が挿入されるように、凸部２と凸部４は設けられている。また、凸部４と隣接する凸部４との間にフィン部１２の少なくとも一部が挿入されるように凸部４とフィン部１２は設けられている。また、供給口６から排出口７へ、凸部２、凸部４、フィン部１２によって形成された流路を通じて流体が流れるように、フィン部１２は設けられている。
【００６３】
なお、マイクロチャネル１、マイクロチャネル３、ケース１１を形成する方法は第１の実施の形態と同様の方法を用いることができる。
【００６４】
このようにしてできた反応器は、隣接するマイクロチャネル１の凸部２の間、隣接するマイクロチャネル３の凸部４の間、隣接するフィン部１２の間の間隔が、反応器に形成される流路の幅に比べ２倍以上と大きい。従って、高いアスペクト比の流路を、低いアスペクト比の隣接するマイクロチャネル１の凸部２の間、隣接するマイクロチャネル３の凸部４の間、隣接するケース１１のフィン部１２の間で形成することができ、高い量産性を実現できる。
【００６５】
また、マイクロチャネル１、マイクロチャネル３、ケース１１のそれぞれに異なる触媒を担持することができる。従って、逐次反応が生じている場合、例えばマイクロチャネル１に担持された触媒によって促進された反応（例えば改質反応）の反応生成物（例えば一酸化炭素）を、速やかにマイクロチャネル３とケース１１に担持された触媒によってさらに他の物質への反応（シフト反応、メタネーション反応）を促進させることができ、逐次反応を高い効率で促進させることができる。
【００６６】
また、第１段階目の反応による生成物の一部が触媒に悪影響を与える物質である場合、例えば、上述した改質反応で生じる副生成物が改質触媒を劣化させてしまう場合、生成された副生成物を速やかに第２段階目、第３段階目の反応によって、より悪影響が少ない物質へと転化させることができ、反応器の寿命を向上させることができる。
【００６７】
さらに、マイクロチャネル１、マイクロチャネル３、ケース１１に触媒を担持する際、隣接するマイクロチャネル１の凸部２の間、隣接するマイクロチャネル３の凸部４の間、隣接するケース１１のフィン部１２の間の間隔が広いため、バインダーを含んだ触媒スラリーによって目詰まりしてしまう可能性を大幅に低減でき、反応器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、２つのマイクロチャネルとケースの３つの部品を組合せて反応器を構成したが、３つ以上の部品を組合せて反応器を構成しても構わない。例えば、図６に示す様に、マイクロチャネル２１、マイクロチャネル２２、マイクロチャネル２３、ケース２４の４つの部品を組合せて反応器を構成することができる。この場合、本実施の形態では４種類の触媒をそれぞれの部品に担持することができ、より多彩な反応に対応できる反応器を構成することができる。
【００６９】
また、この場合流体の流れ方向に異なる触媒を、例えば、触媒１／触媒２／触媒１／触媒２／触媒３というような順序で組み合わせることが可能である。触媒１として改質触媒、触媒２としてシフト触媒、触媒３として選択メタネーション触媒を組み合わせた場合、改質反応及びシフト反応を効率的に促進させることができる。
【００７０】
さらに、第１の実施形態と同様に、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間の幅を、供給口６、排出口７の近くでは幅が大きく、供給口６、排出口７から離れるに従い幅が小さくなるように形成したり、供給口６、排出口７を流れる流体の方向と、各流路を流れる流体の方向とに角度を有する様に形成したりしてもよい。そして、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間に各流路が開口している領域より外側に、はめ込み部１０とマイクロチャネル１、はめ込み部１０とマイクロチャネル３の空間への供給口６、排出口７の開口位置を形成してもよい。
【００７１】
（第３の実施の形態）
図７は本発明の第３の実施の形態による反応器の模式的な分解斜視図である。なお、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同一部分については、同一符号で示し、その説明を省略する。
【００７２】
マイクロチャネル３１（第１の部材）は母材を加工して形成される。マイクロチャネル３１には凸部３２が設けられている。凸部３２は、隣接する凸部３２の間の溝がマイクロチャネル３１の一面に両端が貫通するように複数設けられている。マイクロチャネル３１の材質、加工方法、担持される触媒等は第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００７３】
マイクロチャネル３３（第２の部材）は、マイクロチャネル３１と同様に母材を加工して形成される。マイクロチャネル３３には凸部３４が設けられている。凸部３４は、隣接する凸部３４の間の溝がマイクロチャネル３３の一面に両端が貫通するように複数設けられている。マイクロチャネル３３の材質、加工方法、担持される触媒等は第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００７４】
マイクロチャネル３５は、マイクロチャネル３１、３３と同様に母材を加工して形成される。マイクロチャネル３５には凸部３６が設けられている。凸部３６は、隣接する凸部３６の間の溝がマイクロチャネル３５の一面に両端が貫通するように複数設けられている。マイクロチャネル３５の材質、加工方法、担持される触媒等は第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００７５】
マイクロチャネル３１、３３、３５に設けられた凸部３２、３４、３６の幅、隣接する凸部３２、３４、３６の間隔は、隣接する凸部３２、３４、３６との間が互いに連通する幅、間隔となるように設けられている。すなわち、隣接する凸部３２の間の溝形状の部分、隣接する凸部３４の間の溝形状の部分、隣接する凸部３６の間の溝形状の部分が、連通するように、凸部３２、３４、３６は設けられている。
【００７６】
ケース３７には、マイクロチャネル３１、３３、３５をはめ込むためのはめ込み部３８が設けられている。はめ込み工程において、マイクロチャネル３１、３３、３５がはめ込まれた後、後述する蓋４１を設ける。ケース３７と蓋４１とを、また必要に応じてマイクロチャネル３１、３３、３５とケース３７とを接合し、はめ込み部３８を封止することにより流路が形成されるように、はめ込み部３８は設けられている。
【００７７】
マイクロチャネル３１、３５とはめ込み部３８との隙間と連通するように、ケース３７には供給口３９、排出口４０が設けられている。このようにしてマイクロチャネル３１、３３、３５がはめ込まれたはめ込み部３８を蓋４１にて封止することにより、供給口３９、排出口４０が入口、出口となる平行流路を有する反応器が形成される。ケース３７の材質、加工方法等は第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【００７８】
蓋４１は、母材を加工して形成される。触媒反応時の伝熱特性を向上させるために、母材の少なくとも一部に熱伝導率の高い素材を用いることが好ましい。特にアルミニウム、銅、アルミニウム合金もしくは銅合金は、熱伝導率が高いばかりでなく、加工性も優れているため、蓋の素材として用いるのに適している。また、反応器が長期にわたって使用されることが予想される場合、熱伝導率はアルミニウム合金や銅合金ほど高くないものの、耐腐食性に優れていることからステンレス合金も好ましい。
【００７９】
マイクロチャネル３１、３３、３５、ケース３７、蓋４１の組立について説明する。蓋４１とケース３７との間を密閉するために、例えば溶接工程を用いて溶接することにより接合することができる。マイクロチャネル３１、３３，３５に担持された触媒は、高温になり過ぎると、触媒がシンタリングしてしまう。そこで、本実施の形態１と同様の方法で接合することが好ましい。
【００８０】
このようにしてできた反応器は、マイクロチャネル３１、３３、３５のそれぞれに異なる触媒を担持することができる。従って、逐次反応が生じている場合、例えばマイクロチャネル３１に担持された触媒によって促進された反応（例えば改質反応）の反応生成物（例えば一酸化炭素）を、速やかにマイクロチャネル３３、３５に担持された触媒によってさらに他の物質への反応（シフト反応、メタネーション反応）を促進させることができ、逐次反応を高い効率で促進させることができる。
【００８１】
また、第１段階目の反応による生成物の一部が触媒に悪影響を与える物質である場合、例えば、上述した改質反応で生じる副生成物が改質触媒を劣化させてしまう場合、生成された副生成物を速やかに第２段階目、第３段階目の反応によって、より悪影響が少ない物質へと転化させることができ、反応器の寿命を向上させることができる。
【００８２】
また、隣接する凸部３２の間の溝形状の部分、隣接する凸部３４の間の溝形状の部分、隣接する凸部３６の間の溝形状の部分が、連通しているので、マイクロチャネル３１、３３、３５それぞれの間にて、形成された流路の断面積が急激に小さくなる部分（形成された流路の断面積より小さくなる部分）がない。従って、反応器の圧力損失を低減することができ、反応器の内部で促進される反応をより効率よく促進させることができる。
【００８３】
さらに、前述の通りマイクロチャネル３１、３３、３５それぞれの間にて、形成された流路の断面積が急激に小さくなる部分がない。従って、マイクロチャネル３１、３３、３５それぞれの間にて目詰まりする可能性が小さくなり、反応器の故障確率を低減することができる。
【００８４】
なお、凸部３２、３４，３６の少なくとも一つの突出する方向を、異なる方向にすることが好ましい。例えば、マイクロチャネル３１、３３、３５の少なくとも１つのマイクロチャネルの向きを他のマイクロチャネルの一部の向きと逆、本実施の形態では図５に示す様にマイクロチャネル３５の向きを、マイクロチャネル３１、３３の向きと逆にすることが好ましい。マイクロチャネル３１、３３、３５は、凸部３２、３４、３６を有する部分など非対称な形状の部分が有るので、高温下では母材の有する残留応力によって反りが発生する場合がある。凸部３２、３４，３６の少なくとも一つの突出する方向を、異なる方向にすることにより、供給口３９から供給された流体の一部が背流となって、触媒と接すること無しに、排出口４０から排出されてしまう現象の発生を軽減することができる。ここで、背流とはマイクロチャネル３１、３３、３５の凸部３２、３４、３６を有しない表面とケース３７との間を流れる流体を指す。
【００８５】
また、マイクロチャネル３１、３３、３５の間に、例えば、ケース３７の一部に仕切り４２を設け、マイクロチャネル３１、３３、３５のそれぞれの間に空隙を設けることが好ましい。マイクロチャネル３１、３３、３５のそれぞれの間に空隙を設けることにより、隣接する凸部３２、３４、３６との間を流れる流体の圧力分布の範囲を小さくすることができ、流体の偏流を低減することができる。そして、仕切り４２が設けられることにより、マイクロチャネル３１、３３、３５が凸部３２、３４、３６側に沿った場合に生じる際の背流を低減することができる。
【００８６】
なお、詳述した各実施の形態の説明及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が可能である。
【００８７】
例えば、図１に示す第１の実施の形態では、凸部２、４を長手方向がマイクロチャネル１、３の幅（図中のＡ）と同じ長さのフィン形状の凸部２、４を略平行に並べて形成しているが、凸部２、４の形状はこの形状に限られるものではない。すなわち、凸部２と隣接する凸部２の間に凸部４の少なくとも一部が挿入されるように形成されていれば、この形状に限られるものではない。
【００８８】
たとえば、図８に示す様に、ピン形状の凸部６１、６２を有するマイクロチャネル６３、６４を用いても構わない。また、ピン形状の凸部６１、６２は、凸部６１の間に凸部６２の少なくとも一部が挿入されるように形成されていても構わない。すなわち、図９の様に、凸部６１の間に凸部６２の一部が挿入されていなくても構わない。図９の様な場合、単位面積あたりの凸部６１、６２の表面の少なくとも一部に設けられた触媒が流体と接触する面積を大きくすることができ、より効率よく反応を促進することができる。
【００８９】
また、凸部６１、６２のそれぞれの間は、必ずしも接触している必要はない。図１０に示す様に互いに離間していても、反応器の機能や効果が損なわれることはない。
【００９０】
さらに、第１の実施の形態と第３の実施の形態を組合せても構わない。図７に示すマイクロチャネル３１、３３、３５に加えて、マイクロチャネル３１、３３、３５の少なくともいずれか１つの凸部３２、３４または３６の間に、別途さらに設けたマイクロチャネルの凸部の少なくとも一部が挿入されるように形成されていても構わない。
【００９１】
さらに、各実施の形態では、化学反応を促進するための触媒を用いたが、化学反応を抑制するための触媒を用いても構わない。例えば、式（１）〜（３）に示す改質反応のいずれかの反応速度が速く他のいずれかの反応速度が遅いなど、改質反応が適切に進まない場合、反応速度が速い反応を抑制するための触媒を用いることができる。このような構成にすることで、化学反応を適切に促進させることができる。
【実施例１】
【００９２】
図１１（ａ）に示す構成の反応器に、ＤＭＥと気化した水を供給し、反応器の外部に取り出された改質ガスの組成比率を測定した。触媒はマイクロチャネル１１１に改質触媒、マイクロチャネル１１３にシフト触媒を設けた。なお、図１１における凸部１１２、１１４の枚数は便宜的なもので、従来の触媒充填層型の空間速度ＳＶに変わる指標であるＡ／Ｆが、３．５（ｃｍ２／ｓｃｃｍ）となる様に調整した。ここで、Ａは触媒面積の見かけ表面積（ｃｍ２）、ＦはＤＭＥ流量（ｓｃｃｍ）である。また、単位ｓｃｃｍは、標準状態（０℃、１気圧）の気体換算でのｍＬ／分を意味する単位である。また、反応器の温度（ケース１１５に表面温度計等を接触させて測定することができる温度）は３５０℃とした。
【００９３】
（比較例）
図１１（ａ）に示す構成の反応器の比較例として、図１１（ｂ）に示す構成の反応器に、ＤＭＥと気化した水を供給し、反応器の外部に取り出された改質ガスの組成比率を測定した。触媒はマイクロチャネル１１１に改質触媒を設けた。なお、実施例１と同様にＡ／Ｆが３．５（ｃｍ２／ｓｃｃｍ）となる様に、凸部１２の枚数を調整した。
【００９４】
測定された改質ガスの組成比を図１３に示す。図１３に示す通り、実施例１の反応器から取り出された改質ガスは、比較例の反応器から取り出された改質ガスに比べ、一酸化炭素の生成量が圧倒的に少ない事がわかる。これは、隣接するシフト触媒が設けられたマイクロチャネル１１３の凸部１１４の間の溝形状の部分と、隣接する改質触媒が設けられたマイクロチャネル１１１の凸部１１２の間の溝形状の部分とが連通しているので、式（１）〜式（４）の逐次反応が効率よく促進させることができたためである。
【実施例２】
【００９５】
図１２に示す構成の反応器に、ＤＭＥと気化した水を供給し、反応器の外部に取り出された改質ガスの組成比率を測定した。触媒はマイクロチャネル１１１に改質触媒、マイクロチャネル１１３にシフト触媒を設けた。なお、図１２における凸部１１２、１１４の枚数は便宜的なもので、従来の触媒充填層型の空間速度ＳＶに変わる指標であるＡ／Ｆが、３．５（ｃｍ２／ｓｃｃｍ）となる様に調整した。ここで、Ａは触媒面積の見かけ表面積（ｃｍ２）、Ｆは流量（ｓｃｃｍ）である。また、反応器の温度は３５０℃とした。
【００９６】
（比較例）
図１２に示す構成の反応器の比較例として、実施例１と同様に図１１（ｂ）に示す構成の反応器に、ＤＭＥと気化した水を供給し、反応器の外部に取り出された改質ガスの組成比率を測定した。
【００９７】
測定された改質ガスの組成比を図１３に示す。図１３に示す通り、実施例２の反応器から取り出された改質ガスは、比較例の反応器から取り出された改質ガスに比べ、一酸化炭素の生成量が圧倒的に少ない事がわかる。これは、シフト触媒が設けられたマイクロチャネル１１３の凸部１１４が、改質触媒が設けられたマイクロチャネル１１１の凸部１１２の間の一部に挿入されるように設けられているので、式（１）〜式（４）の逐次反応が効率よく促進させることができたためである。
【００９８】
また、実施例１と実施例２とを比較した場合、実施例１の反応器から取り出された改質ガスは、実施例２の反応器から取り出された改質ガスに比べ、メタンの生成量が圧倒的に少ないことがわかる。これは、実施例１の反応器の内部で、本来意図していない式（６）、式（７）の副次的な反応が生じている量が、実施例２の反応器の内部で生じている量に比べて少ないためと思われる。
【００９９】
ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ    ・・・（６）
ＣＯ２＋４Ｈ２→ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ    ・・・（７）
従って、実施例１の反応器は実施例２の反応器に比べ水素の消費量が抑えられており、より効率よく式（１）〜式（３）の逐次反応を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施の形態による反応器を用いた燃料電池システムを示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態による反応器を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態による反応器に用いるマイクロチャネルを示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態による反応器の変形例を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態による反応器を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態による反応器の変形例を示す図
【図７】本発明の第３の実施の形態による反応器を示す図
【図８】本発明の第１〜３の実施の形態による反応器の変形例を示す図
【図９】本発明の第１〜３の実施の形態による反応器の変形例を示す図
【図１０】本発明の第１〜３の実施の形態による反応器の変形例を示す図
【図１１】本発明の実施例１による反応器を示す図
【図１２】本発明の実施例２による反応器を示す図
【図１３】本発明の実施例１、実施例２および比較例による反応器の比較を示す図
【符号の説明】
【０１０１】
１、３  マイクロチャネル
２、４  凸部
５  ケース
６  供給口
７  排出口
９  蓋
１０  はめ込み部
１１  ケース
１２  フィン部
２１、２２，２３  マイクロチャネル
２４  ケース
３１、３３、３５  マイクロチャネル
３２、３４、３６  凸部
３７  ケース
３８  はめ込み部
３９  供給口
４０  排出口
４１  蓋
４２  仕切り
６１、６２  凸部
６３、６４  マイクロチャネル
１００  反応器
１０１  燃料タンク
１０２  改質器
１０３  スタック
１１１、１１３  マイクロチャネル
１１２、１１４  凸部
１１５  ケース
１１６  はめ込み部
１１７  供給口
１１８  排出口
１１９  蓋
１２０  仕切り
【図１】
2006181495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006181495.tif 000009
【図８】
2006181495.tif 000010
【図９】
2006181495.tif 000011
【図１０】
2006181495.tif 000012
【図１１】
2006181495.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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